UVC LED LTPL-G35UVC275GC データシート - 3.5x3.5mm - 5.7V 標準 - 275nm - 19mW 標準 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTPL-G35UVC製品シリーズは、殺菌および医療用途向けに設計された先進的で高効率な固体光源です。この技術は、発光ダイオード（LED）に固有の長寿命と高信頼性を、効果的な殺菌出力と融合させ、従来の紫外線光源に挑戦します。設計の柔軟性を提供し、UVC除菌ソリューションに新たな可能性をもたらします。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このUVC LEDは、効果的な微生物不活化を必要とする用途向けに設計されています。主な利点は、従来の水銀灯と比較して、高いエネルギー効率と長寿命により、運用およびメンテナンスコストが大幅に低減されることです。本デバイスはRoHS準拠で無鉛であり、世界的な環境規制に適合しています。また、IC互換性があり、現代の電子制御システムへの統合を容易にします。ターゲット市場は、医療機器の滅菌、水および空気浄化システム、表面除菌装置などを含みます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。最大許容損失（Po）は1.1 Wです。絶対最大直流順電流（IF）は150 mAです。デバイスは周囲温度（Topr）範囲-40°Cから+80°Cで動作し、保存温度（Tstg）は-40°Cから+100°Cです。最大許容接合温度（Tj）は105°Cです。逆バイアス条件下での長時間動作は、部品故障を引き起こす可能性があるため推奨されません。

2.2 電気光学特性（Ta=25°C）

主要な性能パラメータは、標準試験電流120mAで測定されます。順電圧（Vf）の標準値は5.7V、最小5.0V、最大7.5Vです。全光束（Φe）は総光出力を表し、標準19 mW、最小14 mWです。ピーク波長（λp）はUVCスペクトルに中心があり、265 nmから280 nmの範囲で、効果的な除菌のためのDNA/RNA吸収ピークをターゲットとしています。接合からはんだ付け点までの熱抵抗（Rth j-s）は標準24 K/Wであり、適切な熱管理の必要性を示しています。指向角（2θ1/2）は標準120度です。デバイスは最大2000V（人体モデル）の静電気放電（ESD）に耐えます。

2.3 熱特性

効果的な放熱は性能と寿命にとって極めて重要です。指定された熱抵抗（Rth j-s）24 K/Wは、2.0 x 2.0 x 0.17 cmのアルミニウム金属基板プリント回路基板（MCPCB）を使用して測定されています。最大接合温度105°Cを超えると、光束維持率の低下を加速させ、致命的な故障につながる可能性があります。設計者は、印加電力と周囲条件に基づいて必要な放熱を計算し、接合部を安全な限界内に維持する必要があります。

3. ビニングシステムの説明

アプリケーション設計の一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。

3.1 順電圧（Vf）ビニング

LEDは120mAで5つの電圧ビン（V1からV5）に分類され、各ビンは5.0Vから7.5Vまで0.5Vの範囲です。各ビンの許容差は±0.1Vです。これにより、設計者は並列構成で安定動作させるために同様の電圧降下を持つLEDを選択したり、ドライバ要件を正確に予測したりできます。

3.2 放射束（Φe）ビニング

光出力は120mAで4つの光束ビン（X1からX4）に分類されます。X1は14-17 mW、X2は17-20 mW、X3は20-23 mW、X4は23 mW以上のデバイスを含みます。許容差は±7%です。放射束は殺菌効果に直接影響するため、正確な線量制御を必要とする用途ではこのビニングが重要です。

3.3 ピーク波長（Wp）ビニング

すべてのデバイスは単一波長ビンW1に分類され、265 nmから280 nmの範囲で、測定許容差は±3 nmです。ビンコードはトレーサビリティのために包装袋に印字されています。

4. 性能曲線分析

4.1 相対放射束 vs. 順電流

光出力は電流に対して超線形的に増加します。より高い電流（絶対最大150mAまで）で駆動すると出力は増加しますが、同時に大幅に多くの熱を発生させ、熱暴走や劣化の加速を避けるために管理する必要があります。

4.2 相対分光分布

分光出力曲線は、UVC範囲に中心を持つ狭い発光帯を示しています。265-280 nmビン内の正確なピーク波長は、微生物不活化効率に影響を与えます。これは、異なる病原体がわずかに異なる吸収スペクトルを持つためです。

4.3 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）

この曲線は、ダイオードの電圧と電流の間の指数関数的関係を示しています。定電流ドライバを設計する上で不可欠であり、電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こし、光出力とデバイス温度の両方に影響を与える可能性があります。

4.4 相対放射束 vs. 接合温度

UVC LEDの効率は温度に非常に敏感です。放射束は接合温度の上昇とともに減少します。このグラフはその低下率を定量化し、デバイスの寿命を通じて一貫した光学性能を維持するために低い接合温度を保つことの重要性を強調しています。

4.5 放射パターン

極座標図は標準的な120度の指向角を示し、放射されるUVC放射の空間分布を示しています。これは、殺菌光を効果的にターゲット表面または体積に導くための光学系や反射器を設計する上で重要です。

4.6 順電流低下曲線

この曲線は、周囲温度の関数としての最大許容順電流を定義します。周囲温度が上昇すると、接合温度が105°Cを超えないようにするため、最大安全動作電流を低減する必要があります。

4.7 順電圧 vs. 接合温度

順電圧は負の温度係数を持ちます。接合温度が上昇すると減少します。この特性は、閉ループ熱管理システムでの間接的な温度監視に使用できる場合があります。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 外形寸法

パッケージの占有面積は約3.5mm x 3.5mmです。特に指定がない限り、すべての寸法の許容差は±0.2mmです。PCBランドパターン設計には正確な機械図面を参照してください。

5.2 極性識別とパッド設計

信頼性の高いはんだ付けと熱接続を確保するために、推奨されるプリント回路基板実装パッドレイアウトが提供されています。アノードとカソードのパッドは明確に指定されています。このランドパターンに従うことは、LED接合部からPCBへの適切な位置合わせ、電気的接続、および熱伝達にとって極めて重要です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

無鉛リフロープロファイルを推奨します。主要パラメータは以下の通りです：ピーク温度（Tp）最大260°C（推奨245°C）、217°C以上での時間（tL）は60-150秒。予熱温度は150-200°Cで60-120秒間。温度上昇率は3°C/秒を超えないこと、温度降下率は6°C/秒を超えないこと。25°Cからピーク温度までの総時間は8分以内。急冷プロセスは推奨されません。

6.2 手はんだ付けおよび一般的注意事項

手はんだ付けが必要な場合、はんだごて先端温度は300°Cを超えず、接触時間は最大2秒、1回のみの操作に限定してください。リフローはんだ付けは3回を超えて行わないでください。すべての温度基準はパッケージ本体の上面を指します。ディップはんだ付けの使用は保証されません。はんだ付けプロファイルは、使用する特定のはんだペーストに基づいて調整が必要な場合があります。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤のみを使用してください。指定外の化学洗浄剤は、LEDパッケージ材料や光学特性を損傷する可能性があります。

7. 包装および注文情報

7.1 テープおよびリール仕様

LEDはエンボス加工されたキャリアテープに供給され、カバーテープで密封され、7インチリールに巻かれています。標準リールには最大500個が含まれ、端数は最小100個で梱包されます。包装はEIA-481-1-B仕様に準拠しています。テープ内で連続して最大2個の部品欠品が許容されます。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

このUVC LEDは、医療・実験機器の表面除菌、器具の滅菌、ポイントオブユースまたは小規模用途の水浄化システム、HVACシステムや携帯型デバイスでの空気浄化など、さまざまな殺菌用途に適しています。その固体特性から、水銀灯が非現実的なバッテリー駆動またはコンパクトな設計に理想的です。

8.2 設計上の考慮事項

駆動方法：LEDは電流駆動デバイスです。安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電流ドライバが必須です。複数のLEDを接続する場合、電流均一性のために直列接続が推奨されます。並列接続が避けられない場合は、デバイス間のわずかなVfのばらつきを補償するために、各ブランチに個別の電流制限抵抗または個別のドライバを強く推奨します。
熱管理：これは最も重要な設計要素です。適切なMCPCBまたは他の効果的な放熱方法を使用して、接合温度を可能な限り低く保ち、理想的には85°C以下に維持し、最大寿命と出力安定性を実現してください。はんだ付け点から周囲への熱経路は慎重に設計する必要があります。
光学設計：120度の指向角を考慮してください。集光用途では、石英や特殊プラスチックなどのUVC透過材料で作られた二次光学系（レンズまたは反射器）が必要になる場合があります。光路内のすべての材料がUVCによる劣化に耐えることを確認してください。
安全性：UVC放射は人の皮膚や目に有害です。筐体は動作中にUVC光の漏れを完全に防止する必要があります。必要に応じて安全インターロックや警告ラベルを組み込んでください。

9. 信頼性と寿命

9.1 信頼性試験計画

本製品は、以下の包括的な信頼性試験計画を受けています：120mAでの室温動作寿命（RTOL）3000時間および150mAでの1000時間；100°Cおよび-40°Cでの高温・低温保存寿命（HTSL/LTSL）各1000時間；60°C/90% RHでの高温高湿保存（WHTSL）1000時間；-30°Cから85°Cでの非動作熱衝撃（TS）100サイクル。寿命試験は、LEDを90x70x4mmの金属放熱板に実装して実施されます。

9.2 故障判定基準

試験後、120mAでの順電圧（Vf）が初期値から±10%以上変化した場合、または120mAでの放射束（Φe）が初期値の50%を下回った場合、デバイスは故障とみなされます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 標準的な光出力はどれくらいですか？
A: 駆動電流120mA、25°Cにおいて、標準放射束は19 mWで、デバイスは14 mW（最小）から23 mW以上までのビンに分類されます。

Q: このLEDをどのように駆動すればよいですか？
A: 定電流ドライバを使用する必要があります。絶対最大電流は150mAです。標準動作点は120mAで、標準順電圧5.7Vが得られます。電流制限なしで電圧源に直接接続しないでください。

Q: なぜ熱管理がそれほど重要ですか？
A: UVC LEDの効率は温度に応じて大幅に低下します（相対放射束 vs. 接合温度曲線参照）。高い接合温度はデバイスの動作寿命も劇的に短縮します。信頼性の高い性能のため、適切な放熱は必須です。

Q: 水の殺菌に使用できますか？
A: はい、水浄化に適しています。265-280 nmの波長は、細菌、ウイルス、原生動物に対して効果的です。設計では、UVC光が水に効果的に浸透することを確保し、LEDパッケージが環境から適切に密封されている必要があります。

Q: この部品を何回リフローはんだ付けできますか？
A: 推奨される最大回数は3回のリフローサイクルです。手はんだ付けは1回のみ行い、時間と温度を厳密に制限してください。

11. 設計および使用例

シナリオ：携帯型表面除菌ワンドの設計
1. 電気設計：リチウムイオン電池（公称3.7V）と、120mAに設定された昇圧定電流ドライバ回路を使用します。ドライバは、電池電圧をLEDに必要な約5.7Vに効率的に変換する必要があります。 2.熱設計：LEDを小型のフィン付きアルミニウム放熱板に実装します。典型的な30-60秒の動作サイクル中にTjが85°C以下に保たれるように、全体の経路（接合-はんだ付け点、はんだ付け点-放熱板、放熱板-周囲）の熱抵抗を計算する必要があります。ワンドを長時間使用する場合は、能動冷却（小型ファン）を検討してください。 3.機械的/光学設計：LEDと放熱板をワンドヘッド内に収納します。石英レンズを使用して120度のビームをより小さなスポットに集光し、ターゲット表面での照度を高めます。筐体はユーザーへのUVC漏れを完全に遮断する必要があります。 4.安全機能：近接センサーまたは物理的なガードを組み込み、LEDが点灯する前に表面と接触している必要があるようにします。1回の起動あたりの照射時間を制限するタイマーを含めてください。

12. 技術紹介とトレンド

12.1 動作原理

UVC LEDは、電流が流れると200-280ナノメートル範囲の光を放射する半導体デバイスです。この発光は、デバイスの活性領域内で電子が正孔と再結合する際に、光子の形でエネルギーを放出することで発生します。特定の波長は、使用される半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定され、UVCでは通常アルミニウムガリウムナイトライド（AlGaN）系化合物が使用されます。放射されるUVC放射は、微生物のDNAとRNAを損傷し、複製を防ぐことで不活化します。

12.2 開発トレンド

UVC LED市場は、壁コン効率（入力電力あたりの光出力）の向上に焦点を当てています。これは歴史的に可視光LEDよりも低い水準でした。エピタキシャル成長、チップ設計、およびパッケージ光取出効率の改善により、効率は着実に向上しています。もう一つの重要なトレンドは、チップあたりおよびパッケージあたりの出力電力の増加であり、よりコンパクトで強力な除菌システムを可能にしています。高電流・高温動作条件下でのデバイス寿命と信頼性の向上に向けた研究も進行中です。製造規模と歩留まり向上によるコスト削減は、従来の水銀灯技術に対するより広範な市場普及のための重要な推進力です。